Verslag fabrieksschema: Electrolyse van keukenzout

·

=h-

_.--.1 I1 'I

!

i

I1 _{- _ . .} ,I

rr

J' I , I' jl >;~.-. 'Z'.~,> ~~. - '~ "_ '....:. _'- ..,.,,_v.· .... __ \ I ,

,

4 -! • ," , -'. -~'l ~ 1 ~ f

ril

'.-:c..'

l

_I I i BEZI"K~AHK - - _ .. - - - -- --- - , I - I If [ . ,;

i

~

I

1

",LT~

,-

_

L

j

~.

t"

IlI.JOIlOE ... AI'IIIL 1 . ~~ EI! NATRONLOOG

- - -- -

-I

i

I

- - - - . ---_.---- - - --' . .1:'~' c· l-~, -['1)-!.' 1.l"-[:; 27 De~f-c • ; l

I. Inlaidiac

111.

rr

,

.

v

.

A Prorhwtie m, t',oëlell 1

IJ foelJaSf3i~'Een Véc'/l ~<::eu'=e:zont, c-~loor ell. !-:'8,tro~:100c

3

C Productie 4 , ~'l. ~

"

'-' D E A. B C TI

Enkele tl-:.coretisclj(3 2,:::":::'a8-'~e~~.

'-'D!:1C-l-_lo e's ::''''~; ,la .. ,~or'P -i ~,.: o~rl V'~-·~ rlo -"

J..I..\.JC-, V ~"'~~..L_~" <... .. · L ,-I, ... , ---'- ... _- ,,\_~ L ' .. J._ '-- ... l-'r::r

s.e:::tctieG é:"..2~n (le ~~:..'_-':~.Orle, i ·'.··'2.occ-1 VPX~ c1e~-PTT

De GeeDt venselij~e Pn

Storin,:'en door vrow;rl e~'I,'e-::;2.1cY',

L'lvloeël v::;x~ de tor;~)er2otl1l1T IIeJc T):'CocesscI~~8jr:_c,.

Inleiding

13el'eidi~]c: en zuivel'Ï'JC Vé:'<-:cl r"8 1)e1<::el De c:lectrol;'lse

VOl''\ï8rkillE vcn C~~lOOI', VJ8.-::al'E'·tof en looe

' ) L .. 12 13 16 16 19 21 22 24

VI . l·~èJ.,teriacll 81"1 -r.;:,?.l,..~·;;te 1l2 .. 1(;.~_-= sen.

l Iiatol:iaéü-ÎJ2010.,1.1:'3 1."2,'-:' cl e cel

2 Reactiewarmte in de ortloder

3 r,Iateria21bs.l:':",1.1S vC;';'. de oJ:1tlel~,er

4, VV2ormtebo,lans 'f':/', de o,~~tlecler

5 Wa::cmtob8.,J..c,",s VS, J clo 8JJ?ctJ:ol~T:-,e cel

Littaratl),l'Tli~ ;-::"t

32

33

34 34 35

A

.

Productie methoden.

De electrolyse van keukenzout kunne:n we op meerdere wijzen uitvoeren:

a) Electrolyse van het gesmolten zout.

De anode en kathode zijn respectievelijk van koolstof

en ijzer. Het smeltpunt van zout (800°C) wordt door toevoe

-ging van andere zouten verlaagd tot 600°C. Het proces wordt

alleen toegepast met het oog op het kathode product. Natrium

metaal ~ordt gebruikt voor de bereiding van tetra-aethyllood

(50%) , natriumcyanide (40%) en andere producten(lO%) .

Natrium kan ook uit het amalgaam proces gewonnen worden.

b) Electrolyse van de keukenzout oplossing.

Bij de electrolyse van de pekel kunnen aan de elect roden

z':<!h

de volgende reacties afspelen:

Aan de kathode: Na· + e --) Na

ta::n

de anode: 2 Cl' ---+ C1 2 + 2e 2 H₂0 -> 4

H

·

₊ °2 + 4e Cl' + _H2O-CIO' + 2 HO + e

En door menging (diffusie) yan anode en kathode product:

C1 2 + NaOH -'> HaCIO + HCI

_ 2

-We onderscheiden nog de volgende werkwijzen:

1) Hwt diafragma procedé.

In deze cellen is de (ijzeren) kathode van de (koolstof)

anode gescheiden door een di afraema(asbest). De

doorvoer-snelheid van de pekel van anode naar kathode ruimte is zo

groot, dat de diffusie van het bij de kathode gevormde natron

-loog naar de anode ruimte ni et of nauwelijks pl aat s heeft.

Hierdoor zouden niet alleen ongewenste reacties optreden,

maar bovendien zou de stroomeffi ciëntie ongunstig beinvloed

worden.

2) Het amalgaam proced~.

Een stromende kwiklaag doet hier dienst al s kathode. Het

afgescheiden natriLlm lost in het kwik op en het gevormde

amalgaam wordt afgevoerd nao,r de ontleder. Hi erin onst aat

door behandeling met water, loog en waterstof. Het terug

-gewonnen kwik wordt naar de cel geretourneerd.

In de twee l aatstgenoemde processen zijn de producten dus:

chloor, natronloog, en waterstof.

Andere mogelijke processen.

De soda industriel maakt natronloog uit soda volgens

de reactie:

Na

2C03 + Ca(OH)2 - ? 2 NaOR + CaC0

3

De ligging van het evenwicht wordt bepaald door de temperatuur

,~,

.--

'-.. .. ---.

-'-en de verhouding van de oplosbaarheid van soda en natron

-loog, omdat het reactiemengsel verzadigd is aan calciumhydroxyde

en calciumcarbonaat. Daar de reactiewarmte gering is heeft

de temperatuur niet veel invloed op het proces. Het

t·-De loogconcentratie in het directe product is van dezelfde

groot orde als in het diafragma proces. Voordelen waren inder

-t~d: zmiverder product t .o.v. het diafragma proces en geen

chloor als bijproduct.

Chloor bereidt men ooI\: uit keul\:enzout volgens het

nitrosylprocádá2, waarbij de

volge~de

reacties optreden:

3 NaCl + 4 HN0

3 ~ 3 HaN03 -+ 812 + NOCI + 2 H20

3 NOCI + 3 _{HN0 2} + 3 02 -- ~ _H20 + 5 HN0₃ + CL₂

Vervolgens nog uit zoutzuur door electrolyse.

Het Deaconproc~d~ wordt nog maar weinig toegepast. De reactie is:

4

HCl + 02

B. Toepassingen van keukenzout, chloor en natronloog3 •

De oudste toepaf?sing van keukenzout is het gebruik ervan bij de bereiding van het voedsel van de mens.

Grote hoeveelheden worden tegenwoordig om.gezet in andere na -triumzouten, waarvan de betekenis meestal ligt bij het anion: sulfaat, fosfaat , chloraat en afgeleide zouten, soda enz.

And~re toepassingen zijn: bereiding van zoutzuur, uitzouten

van zeep en kleurstoffen, waterontharding (zeolietproces) , conservering van voedsel. En tenslotte bereiding van chloor

en natronloog.

Interessant is de verschuiving (in de U.S.A.

4

)

van de toepassing van chloor in percentazes van de totale productie.

Zie tabel I , waarmee tevens het gebruik van chloor gelllus -,treerd wordt. Zo daalde het gebruik van chloor in de papier

-industrie van

65%

in

1926

tot

14%

in

1953.

~

"

Daarentege~1 steeg het verbruik van chloor in de

chemi-caliënbranche van elL"k:ele procenten tot one;eveer 80%.

Tabel 11 geeft een verdeling van de chloor bevattende

chemi-caliën in verschillende rubrieken

(1953)5

.

Toepassingen van natronloog liggen in de chemicaliën-,

rayon- , zeep-, papier-, en textiel industrie (te.bel

111)-:-c

.

I1:Foductie.

De productie va~ chloor door electrolyse wordt in de

U.S.A.6, meestal in tegenstelling met Europa, beperkt door de

afzet mogelijkheden voor natronloog.

Zijn deze beperkt dan zal de prijs van chloor niet naar rat@

in de productiekosten van chloor en natronloog zijn, maar

d:2dt'

hoger. Men heeftvdaarom gezocht naar productie methoden voor

chloor, zonder gelijkt~dig natronloog te produceren.

Bij chloreren van koolwaterstoffen bijvoorbeeld wordt zout-zuur gevormd en in bepaalde gevallen kan de productie van

chloor uit zoutzuur economisch zijn. (verbetering

Deacon-pro-ces) . Aan de andere kant heeft men geprobeerd het gebruik van

chloor te beperken. Men kan bijvoorbeeld in plaats van chlore

-ren, zoutzuur adderen. Voorbeelden: aethylchlol'ide uit aetheen,

vinylchloride uit aethyn; ook phenylchloride uit benzeen en

zoutzuur bij gelijktijc1ige ozydatie. Of men past geheel andere

methoden toe ; zoals de bereiding van aethyleenglycol door

oxydatie en hydrolyse van aetheen mn plaats van. hydrolyse van

chlorohydrin.

Ook kan de afzetmarkt voor loog vergroot worden door moncur

-rentie met de sodaprijs. In vele gevallen (cleaners, pulp

&

paper, metal processing e.a.) kan soda n.l . door natronloog

vervangen worden (tabel IV) en is het gebruik van soda meer

een kwestie van gewoonte en reëds bestaande apparatuur, daar

--

5-Een andere moeelijkheid zou zijn de productie van soda uit

loog (diafragma). De apparatuur is hiervoor minder kostbaar,

dan welke nodig is bij het Solvay proces (soda uit keukenzout).

Tegenover de nog vrij grote productie van natronloog uit soda

en de prijsinvloed daaruit volgend op het electrolytisch pro

-duct, staat de slechts geringe invloed die de

chloorproduc-tie, volgens de reeds genoemde, alternatieve productiemetho

-den van chloor, kan uitoefenen.

De bouw van nieuwe soda installaties schijnt in de U.S.A.

echter niet economisch verantwoorde te zijn bij de huidige

sodaprijs, zodat we kunnen verwachten dat bij toenemende loog

-verbruik deze zal worden mogelijk gemaakt door het

electro-lytisch product (tabel

V)~

De situatie in Nederland, vertoont het tegengestelde beeld:

natronloog moet nog steeds inGevoerd worden. Vergroting van

de capaciteit wordt schijnbaar bemoeilijkt door de afzet mo- Î

gelijkheden voor chloor. \l! ~~,nV1

De productie cijfers in Nederland zijn als vOlgt 7 :

zout loog chloor

1951 475.000 ton 34.400 ton 31.000 ton

1953 513.000

_"

(20.000

_"

)x

1956 620.000

_"

In 1956 werd bovendien nog 112.000 ton keukenzout tot

chemi-sche producten verwerkt. De zoutexport in 1951 bedroeg 60%

van de productie.

Tenslotte geven we nog enkele cijfers van de wereldproductie

van chloor (in mill. tonnen):8

1936 1942 0,68 2,25 1949 1954

x) dit is de invoer in Nederl and.

3,2

- - _ . ~---- - --. _

-Tabel I.

%

vld producten in U.S.A en Canada.

1926 1936 1948 1953 papierindustrie 65 33 21 14 textielindustrie 22 5 5 ? sanitair 10 6 6 4 chemicaliën 50 60 rest diversen 3 6 8 2 Tabel 11. oplosmiddelen 25

%

plastics en kunstvezels 15 pesticiden en herbiciden 15 brandstof additieven 13 koelmiddelen 11 Tabel 111. chemicaliën 70

%

rayon 20 zeep 5 papier 5 textiel 6 sanitair 5

~---

{

-Tabel IV.

Gebruik van natronloog en soda in de U.S.A. (1956) .

natronloog lo3tons 1155 80 161 285 100 1270 640 284 135 50 50 4210 Tabel V.

vrijwel alleen soda

glas

loog en bicarbonaat

water ontharding

zowel soda als loog

chemicaliën zeep reiniginesmiddelen pulp en papier metalen export en diversen

vrijwel alleen loog.

rayon petrolelllil raffinage textiel eetbare oliën rubber 1590 696 120

1383

80 160

339

614 672 5654

Productie van "lime caustic" van tota.g.l in U. S. A.

1950 : 20

%

1954 : 16

1960x: 10

De keuze tussen het diafragma- en het amalgaam proces,

wordt o.a. bepaald door de volgende factoren:

a) gewenste zuiverheid van het natronloog

b) grondstof

c) kosten van stoom en electriciteit ~

d) kosten van cellen , inclusief investeringen van bUbehorende

apparatuur.

a) De beide procédés ZlJn t.a.v. de chloor werwerking gelUk en

t.a.v. de pekelzuivering nagenoeg gelijk. Bij het diafragma

procédé wordt de pekel voor een gedeelte omgezet in loog

(10-12%) , terwijl men met het amalgaam procédé, naar wens,

d~rect 10-75% natronloog kan frabiceren.

\

Het verkoopbare -~loög-:-:- is gewoonlijk minimaal 50%.

(i.v.m. transportkosten; 70% is ook nog in tanks te vervoeren,

mits deze warmte-isolerend zijn en voorzien van stoomspiralen) .

Het product van het diafragma procédé moet dus geconcentreerd

worden. Hierbij kristalliseert het zout voor het overgrote deel

uit, maar de zuiverheid blijft lager dan het product van het

amalgaam procédé, waarmee men in staat is (in hèt groot!)

natronloog pro analyse te frabiceren; mits de zuivering van

de pekel niet verwaarloosd wordt , ··Ter illustratie de volgende

tabe19, waarin eveneens de resultaten zijn vermeld die men

door zuiveren kan bereiken (extractie met vloeibaar ammoniak;

' " --/ '. '. , -... . . \

.

\

- --

-

-9-DiQfracma Amaleaam

voor zuivGrinc na zuiverL1g

Na 2C03 0.10

-

0.30 0.15 0.10 NaCl 1. 00

_-

1

.

5

0008 0.006 Na 2S04 0. 013

-

00020 0. 01 000002 Si0 2 0. 018

-

0.025 0. 009 0.006 NaCI0 3 0.05

-

0.10 0. 0002 CaO 0. 0017 0. 0010 0. 001 I\'IgO 0.0010

_-

000020 000010 0. 0001 A1 203 0.0013

-

000030 000015 000002 Fe 000005 0.00025 0.0002

. b) Kvdkcellen zij:'1 typisch ce:3chikt i"d:Leu men over vast zout

als grondstof beschikt: Iv:oet men het ZO'Llt door middel van boor

-putten uit de erond halen, dan kan men beter di::dragma cellen

Vdl~

eebruiken. Het is YlaJnolijk OileC0t10r~1isC~1. de verdund ; pekel

(270g/1, verzadied: 330 e/l bij 40°C) weer in de grond te

gr

.

,

I • ~ . d

pompen; , le':el' ,:,,:c',f·!.l '60 ~ ce") '~()r -;T'lti,,~icc o;!C~'~l_OTln.e :JOO

za-kel iik z~ iü.

u "

c) In beide cel typen is de stroom effici~ntie 94-96%.

De ontledinGsspanning in kwik eh diafragma cellen is respec

-tievelijk 3.1 en 2.3 Volt. Dus de verhouding in energie-effi

-ciëntie is theoretisch 3.1/2.3

=

1.36.

Bij toenemende belastinc neemt de lyr1spanning echter toe door:

a) de ohrnsche weerstand vaD de ele~troliet tussen de e1ectr

o-den.

b) de polariseerbaarheid der e12ctroden.

D1 · t 1S · 111 . f 19' . 1 weergegeven voor oe1' . d ,e t ypen 10

.... {

-

..

_~-_ ..

_.-,1... ••

Unit Requirements and Cosh ot a 100-Ton-Per-Day Chlorine Plant

8eIt Graphlte Soda By4rodllorie aeid (30%) Cautie eo4a lIercUI'J Tetal Power, n.-lar. 8tMa, lb. Water, pl. Total lIan-houra TotaJ

At 3 % of tot a! plant coat/ Jear Tota!

Roya!ty

Adminiltrative upense at 2("" of plant cOlt/year

E.timated plant cost Diaphra,m, $11 .000 . 000 Mercury, $12.000.000 Depreeiation, at lO'·~ of plant

cOlt/year

Tuel and inlurance at 2% of

plant cOIt/ year Tota! Subtota!

1.14 toni caultlc/ton Cl, at 2/3

"'81 price of l6O/ton Totel

SubtotaJ

Eltlmated COlt of PUrifyini dia-plaralDl eaultic

Eatimated production COlt per ton of chlorine " Units/ton. Diaphragm Cells Lb./ton l'nit Co.t. $'rnit Cl, I/ton Cl, WATERlAL" 0.0052 3,500 0.4200 7 0.0300 13 0.0180 3 0.0290 I 3.3552 UTlLlTIJ:1I 0.01 3.040" o.oen 10.100-0.05/1000 31. 000-LABOR 2.00 3.7" M.\INTEN.\NCI::. (t\"f:RHE.\H'" CREDIT 18.20 2,94 0.39 0.05 0.03 131.61 30.40 10.10 1.55 142.05 7.40 I 7.40 I 1.10 $ 1.10 0.25 0.73 3.66 0.73 I 5.37 177.53 145.60 131.93 19.50 141.43 Mercury Cell. I/ton Lb./ton Cl, Cl, 3,400 6 45 17 0.36" 3 500-1,060" 3, 260-4.8" 17.68 2.52 0.81 0.49 1.21 122.71 35.00 1.06 0.16 $36.22 9.60 I 9.60 $ 1.20 $ 1.20 I. 50 0.80 4.00 0.80 I 7.10 176.83 1l1.23

• Overhead and sa1ea casts not itemized above are not considered in above estimate. No credit ia included for by-product hydrogen and hydrogen chloride.

,>. _ _ . /

-~, .. \1

...

_

... ~

-

'-

Volt

i

d)

_

;0-2 '

Hieruit .z.iGlill ,we .d_~t _ bij .~_~;lastii1gen groter dan 1300A/m '

het energie verbruik van de kvlTikcel gunstiger is ~ Men zal daarom de stroomdichtheid voor diafragma cellen in deze groot

-orde kiezen. Kwikcellen moeten echtefYminimaal 2000A/m2 werken.

Een tweede factor waarmede men rekening moet houden is de ver

-houding van stoom- en electriciteit kosten én de pr~s van kwik.

In fig .2 is voor verschillende diafrazma cellen aangegeven bij welke verhourling de productie lcosten eelijk worden aan die voor de lrwikcel. Het snijplLnt van de ordinaat wordt o.a. bepaald door de kwikpr~s.

/

fig. 1

.

1000

--

-2ooo----To'oö

---

~~--Aj;_:,2

1) horizontale diafr. cel 2) 3) verticale kwik

"

'I " fig. 2 _. - - - 4 - -__ • 1 --. ---- -

2

- - -

-

3

--~>.D.

TvI/

ton

De investering en afschrijvings verschillen worden o.a. ver-oorzaakt doordat men in het ene geval kv·fik moet aanschaffen

en in het andere geval een verrlfamper moet bouwen.

Het blijkt _{_.-.,} (zie de bijgevoegde kostenlJerekeningll) dan, dat

..,

de kwilftpThnt l. in de U.S.A. ongeveer 10% duurder ,-is . Toch

zijn

de~~ale

productie kosten laGer. Dit wordt vooral ver

-oorzaakt door de hogere t otale energiekosten van het

diafrag-ma proces. Bovendien moet men er rekening mee houden, dat in

de U.S.A. kwikcellen nog manr weinig toegepast worden.

Bij toenemend,_ gebrudJczal 'het kv;ikproce's waarschi-jnlijk mog scherper kunnen concurreren.

-••. $.]... ... :.,.

,.

_ 1/

-Een definitieve keuze schijnt nog niet

goe~

mogelijk12.

In bèide proc~d~s z1jn nog belangrijke ontwt1ckelingen aan de

gangl3 : verbetering van het diafragma

(sy

:~:l

thetisch),

toepas-singen van natriUJ11-amalgaam (reductie middel, winning van

natriunl, bereiding van waterstofperoxyde ).

Een alternatief is be:Lde processen te gebruikcnI4-, waarbij

men het, bij de .indampi n[; van het diafragma product ver

-kregen zuivere zout, gebruikt voor de pekelbereiding in het

amalgaam procédé.

Dit werd in de oorlog in

H

~ec

hs

t15

reeds toegepast, en is

tegenwoordig ook de opvatting van de Mathiesen Corporation16. In Eoropa gebruikt men in hoofdzaak kwikcellen. Dit i n tegen-stelling met Arnerika. Deze ontwikkeling is een gevolg van enerzijds de indertijd(1935) hoge kvvik prijs in Amerika en anderzijds door geheimhouding en patenten in beide gebieden. De volgende tabel17 geeft de toestand globaal ·weer

U.S.A.

Duitsland

Prod.uctie

in

%

VB_U wereldprod.( 1951) cel type

60%

101

90% in diafragma

651c i n kwik

In de laatste vijf jaren is de kvlikcel-productie mn U.S.A.

5 tot 151c van het totaal gestegen.

Wij

zullen in ons schema kwikcellen toepassen ter vervaar-diging van 50% natronloog,

z

.

E

.

"rayon grade".

De keuze van het t e gebruiken type kvvikcel kan in dit ver-band niet t er sprake komen. Wat gegevens betreft hebben we ons op het type "de Nora" gebaseerd.

_

12.-A. Reacties aan de anode, invloed van de pH.

De gewenste reactie is:

2 Cl' - .. Cl₂ + 2e (anode)

waaruit voor de anode potentiaal volgt:

o RT ( _C

₁

21(CC,J'))

Ea

=

Ea + 2F ln ~cI')2" +

1)

waarin fa(l) de overspanning van chloor aan de

electro-den als functie van de stroomdichtheid g voorstelt.

Deze funct1Ïl.e heeft gewoonlijk de vorm a + b In g _•

Nevenreacties kunnen zijn:

2 H₂0 - " _°2 ( g) + 4 H· + 4e a) u b) C(s)+ 2 H20 _{CO 2 (g)} + 4 H· + 4e Cl' + _H20 --- .,. HelO + H·+ 2e c) Cl' + 3 _H20 CI0 3

,

+ 6H· + 6e d) '>

Het gasmengsel bevat ge"woonlijk meer _{CO2 dan}

°

_{2 , de}

reactie b) overweegt dus ten opzichte van a). Zij

ver-oorzaakt behalve een stroomverlies ook grafietverlies.

De electrode potentiaal voor de reactie b) is:

o RT ( ) ( .)4 ( )

Eb

=

Eb + 4F ln 02(g) • H + fb i

Deze Eb is uiteraard bepaald door en gelijk aan de anode

potentiaal E . DOOl' differentiatie bij constante

tempera-a

tuur en stroomd.ichtheid vL-lden we:

d log (02(g))

=

const. d pH

.\

,

0

-\

-:-_

13-Op analoge wij ze l~un,len \·vij even.eens formuleren (bij constante (Cl')):

d log (~ICIO ) = d pH

d log (CIOj) = 6d pH

B. Reacties aan de kathode; i nvloed van de pH.

De hoofdreactie is:

l~a· _op I

waarbij we dus aarme2::.<1eCl dat natrium in het amalgaam als ion voorkomt en er dus slechts een fase overeang plaats vindt, onder invloed van hc,t electrische veld.

Tez;elijkertijd suppleert de stroombron electronen aan het amalgaam ter neutralisatie van de lading van d.e op-genonen natri-clill iOrleYl.

Nevenstaande reacties kunnen zijn:

,

2e(Hg) + H₂0 ~ 2 OP ~.L + H2(g) e) 2e + Cl _{-2 (OlÜ)}

,

~ 2 Cl f) 2e + CIO' + 2 F l-:!.2 0 ? Cl' + 2 OH' g)

,

6e +

_61°3

+

3

p 0 ~.L2 ;, Cl' + 6 01-_1 Tf h)

Uitgezonderd reaclie

f)

,

hangen ook deze nevenreacties weer direct samen met de D!I aan het oppervlak van de amalgaam kathode.

Voor reactie e ) , g) en

1)

geldt resp. : d log _{(E2 (g) )}

₌

_-

const. d. pH d log (CIO' )

₌

2d. nU • .L~

,

d log (CI0

3 )

=

6d. pH

"-C

.

-

}lJ-De gemeten kathode poteiltiaal in een kivilwel bedrac.gt

onder bepaalde omstar..digheden -1. 8V. De overspa:cming van

H2 aan amaleaam, welke onafhankelijk is van de p5, is

onder dezelfde omsta~digheden 1.0 V.

Voor reactie e) geldt nu:

- 1.8 = 0.066

2

-log

aH

=

PaE

=

12.1

- 1.0

Het proces vwrd.t dus ElOgelijk dankzij de hoge

overspan-ning en doordat el' een alkalische vloeistof film gevormd

wordt aan de kathode, welke de waterstof ontwikkeling be

-lemmert. De OH' ionen in deze vloeistof film vlorden Be

-leverd door de reacties e) ,

c)

en

1)

.

Dat deze alkalj.sche fil:n Yi'.ogelijk is, ondarL"k:s dat de pH

van de anoliet meestal kleiner is dan 7, wordt veroor

-zaakt door de eindige iif::nsie snelheid van H· en OH'

ionen. Door het electrische veld en door concentratie ver

-schillen diffunderen OE' ionen vanuit de vloeistof film

naar de anoliet en de E· ionen diffunderen i1 tegenge

-stelde richtL1g. Voor het handhaven van de juiste pH

in deze film moetté)l1 dus voortdurend OE' ionen gegenereerd

worden en wel door de eenoemde nevenreacties. Hieruit

blijkt dat de kathode stroom effici~ntie nooit 100~ kan

bereiken.

De meest wenselijke P.l.l. pI8

Resumerend:

Anchde stroomverliezen worden veroorzaakt

_,

door vorming

van O₂, CO₂, l-ICIO en CI0

3 . Deze verliezen stijgen allen

met toenemende

_,

pEe De verliezen ten gevolge van HCIO en

CI0

3 vorming zijn minder ernstig, daar zij door

I

I

i.

I

I

, '

,

' , 1

2

:De kathode stroo::üverliezen ,'lorden veroorzaakt door:

vorming van H0 en

<-verliezen stijgen

,

ontlading van CIO' en 010

3 . :Deze

Det (Ialende pEe Zij worden op hun

_,

beurt veroorza2kt door diffusie van H· en OH ionen en

tevens HCIO moleculen. (reageren met loog) .

Deze diffusie wordt steTl~ vel'groot doo2.' een :':'liet lame

-naire stroming of door plaatselijke verstoringen ten ge

-volge van vaste deeltjes (van de anode).

Het is mogelijk de evenwichts samenstel ling va''l de

anoliet, als fU'1ctie vC-<."u de }JE, te bere~{8nen uit even

-wichtskonstanten die bestaan tussen enkele van de

vol-gende grootheden (concentraties) :

Cl

t,

HCIO, CI0

3' , H2C0₃' eJ] C0₃".

Voor een beperkt ccbied (pH 1 tot

H·, OH', C1

2 aq ,C13 ' ,

5) wordt gevonden:

( conceiltraties <: 1 m:"101/l zijn verwaarloosd) .

Ilieruit blijkt état H" en

',:} - 1 .\ ;~" '-; \Ov, ~.\.J. --t1 _/~>.

,«

.1

HOIO een Gemeenschappelijk

mi:':'limum bereiken bij pH 3

(bij 600C) . De pH van de

anoliet moet deze waarde

dus niet overschrijden.

Jij deze pH is de vorming

van chloraat (zowel

che-misch als electrocheche-misch)

bovendien nog gering.

-3

2' J'---'1' -- :3

Hen kan overige:':'ls de pH

beter te laag dan te hoog

kiezen. In ''let eerste ge

-val nl, da,'l t de zuurvor

----;> l'LT

[Cij(aetj=

[C'(J

(c..s.1 + !&'.:) .Jo lJlcio) ming aan de anode e:t;l stijgt

dé'basevorining aan de katnode , terwijl in het tweede

geval de zuurvorming stijet aan de anode en ook aan de

kathode stijgt de basevormi~'lg ten gevolee van HOIO

diffusie. 111 het laatste geval nivelleert de cel de ver

In de prakt ~jk blijkt de 'pH van de uitstromende pekel te variëren tussen

2

.

5

en

4

.

5.

Hierbij kan de pH van de

voeding willekeurig tussen 3 en 8 i ngesteld worden.

De pH van de ui tstrorrlende pekel is een kri terium voor

de goede werking van de cel19!

D. Storingen door vreemde metalen20.

De storingen manifesteren zich op meerdere wijzen:

a) Verlaging van de waterstof overspanning.

Hiertoe behoren de zware metalen als , V, Mo, Cr, Ti.

b) Ontleding van amalgaE~m.

Promotoren zijn o.a. nikkel en cobalt. Calcium,magne

-sium en ijzer alléén storen niet, wel indien gecombi

-neerd aanwezig.

c) Vorming V8Jl mengamalgame ':~ .

Onder andere met aardal:'rcalimetalen en ijzer (kwikboter) .

d) Vorming van ee(l diafraGma van hydroxyde op de kathode,

welke de diffusie va~ Na' ionen belet ,maar niet die van H· ionen.

E. Invloed van de temperatuur.

x

Theoretisch is de keuze begrensd door vriespunt en kookpunt van de pel~el. In de praktijl~ wordt de pekel met

een temperatuur tussen 500 eli BOoe ingevoerd, De tempe

-ratuurs stijging i~l de cellen bedraagt ongeveer IO°c...~Ooe~

Ook hier zijn weer tegeneestelde factoren in het spe121 .

Bij stijgende temperatuur daalt de weerstand van de elec

-troliet, dus ook de bads~a~ning en het energieverlies.

De oplosbaarheid van c':loor wordt verlaasd. Daarentegen

daalt, heteeen ongunstig is, de overspa:m1.ing V\raterstofj

metaal en zuurstof/grafiet.

A.fha~lkel

Uk

van ele doorvoers;le2.heid van de ~)ekel.

---I

_I

I

-11-De reactiesnelheid van de reactie:

3 HCIO ---> HCI0

3 + 2 HCl

neemt toe met de temperatuur, dit is vooral bij pH

groter dan vier van bela::lg.

In de amalGaam ontleder is ee1"2. hogere temperatuur wel gewenst, daar de on.tledings snelheiil evenredig toeneemt met de temperatuur. Voor de llroductie van 70,,;1 loog moet zelfs nog warmte toeGevoerd worden, o.a. om de viscosi

A. Inleiding.

Het proces is continu. Een konstante 'hoeveelheid pekel

circuleert van de verzadigers, via zuivering en electrolyse,

terug naar de verzadigers. Verliezen aan water worden met de

reagentia in de zuiveringssectie weer aangevuld.

Verwerkt wordt 1500 liter pekel/~in., concentratiedaling

in de cellen is 40[;/1, zodat geproduceerd wordt:

52 ton c~loor per à.ag

118 ton 50% natronloog per dag

1.4 ton waterstof per dag

De chloorhoudende pekel is sterk corrosief, wat tot gevolg

heeft dat een groot gedeelte van de fabriek in "duplo"

ge-bouwd moet worden. Alle pekel en nat chloor verwerkende

leidingen zijn met eboniet bekleed.

Bij het ontwerpen van de fabriek in Nederland hebben

we gebruik gemaakt van gegevens welke betrekking hebben op

Italiaanse omstandigheden22. Voorwaarde is de aanwezigheid

van vast zout als erondstof en electriciteit als

energie-bron.

De reactie- en opslag tanks zijn van beton; het is mogelijk

dat in Nederland constructie staal goedkoper is.

Het is wenselijk de fabriek niet in een dichtbewoonàe

streek (stad) of nndden tussen landbouwgronden te plaatsen,

in verband rr.et onvermijdeligke verliezen aan chloor.

'----_

._.

-- ._-_.- _.--

---

_.-

,----;" 1./ J . I I, ' i/" ~

t

u ' : " _ , 1(,,,. -," ;1 tJl,t r."" t. l'

B.

I

/ /

-

'9

-Bereiding en zuivering van de pekel.

De uit de cellen terugkome ,ae pekel wordt

opgevan-gen in beklede tanks (twee, één: reserve) en met 30%

zoutzuur op pH=2 gebràcht.

Bij deze pH worden chloor en ~~~~??hIOOrZuur tot chloor

ontleed. Het chloor wordt uit reze tanks gezogen naar de

was- en droog torens. De pekel wordt via een bu~fer tank

naar de verzadigers gepoilllÎd • Dit zijn betonnen torens,

bekleed met zuurvaste steen. De pekel wordt onder ingevoerd

en stroomt door de zoutsuspensie naar -boven. De snelheid

is zodanig dat de pekel veTzadigd is bij de laagst voor

-komende temperatuur in het proces (ongeveer 310 gil) .

De eisen, die aan de zuiverheid van de pekel gesteld wor

-den verschillen wel in diverse bedrijven, zoals de volgende

tabel aangeeft (toelaatbare concentraties in mg/l) :

de Noral) Iilathiesen2 ) K.N.Z. Hoechst3 )

Ha

2S04 4400 ----- 500 2000-10.000

Ca 1200 verz.üij pH=2 60 ₃

Ng 100 10 10 1

Fe (p.p.m) 1 0.1 1 ----

-De samenstelling van onze gTondstof is 1:1. Gew.~0:

Na

2S04: 0. 05, Ca: 0.01, 1.l8: nihil, Fe: 0,0002 , Cu: 0,0002 H₂0: 3,5.

Toenemnd sulfaat gehalte veroorzaakt een groter

anodegra-fiet verlies en lager stroomeffici~ntie . Het is niet nood

-zakelijk de gehele circulerende pekelstroom te zuiveren

1) zie l i t t. 22

2) Ind. Eng. Chem. ,

₃₉

_,

111 (1947) . 3) Fiat Final Rep. , 816. 70.

_{- - '}

.

, ,

\

, ,

Men kan volst:w.n met een gedeelte(Y3 tot Y5) te zuiveren. Het deel dat gezuiverd moet worden, wordt eerst ontchloord.

Doet men dit niet d~l wordt het loogverbruik bijna verdub -belt. Ivlen kan desgewenst ook aJ_le pekel ontchloren indien arbeidsomstandigheden, overi:latige corrosie, chloorve~.>lies of Ilndere redenen dat vJenselij1<c maken. Men moet dan echter grotere hoeveelir,eden verdund chloor verwerken (tot

hypo-I chlorilbt) of lozen.

Het ontchloren vi~dt plaats in een stalen, met rubber be -klede, cylindrische toren. (twee parallel) door blazen met

lucht :LI'l tegenstroom. De toren staat vol met pekel om

hydrostatisch drukverlies te voorkomen. Het is gebleken dat gepakte kolommen in. dit geval niet efficiënter zijn.

Voor grotere i nstallaties (meer ds.~J 100 ton C1₂/dag) is het lonend de pekel eerst te flashen.

Na het ontchloren gaat de pekel ns.ar de reactietanks.

Deze zijn van gewapend beton en bekleed met zuurvaste steen.

In de tanks wordt niet gereerd. Verblijf tijd is een uur.

In de eerste tank (3 parallel) ·wordt BaC1₂ toegevoegd

(BaS04~ ), i n de tweede lJaC0

3 el[ NaOH (CaC03 ~ ,Mg(OH)2 ~ ). Van de reagentia wordt naO':'I contil'lU toegevoegd, zodanig dat zich een pH=lO instelt. Uit de reactietanks stroomt de pekel in een bezinkbank en wordt vervolgens, indien nodig, gefiltreerd over zand en t::;ravel en tenslotte met de nie

t-gezuiverde (even.t'..1eel wel ge:fil treerde) in tanks opgeslagen en op de juiste pH (4-5) gebracht.

De tanks en filters zijn zodanig opgestelr'l dat de pekel

het hele zuiveringssysteem doorloopt onder i~vloed van hydrostatische drv],;:.

C. De electrolyse.

De gezuiverde en op de juiste temperatuur gebrachte pekel stroomt vanuit een voldoende hoog geplaatste tank

(met eboniet bekleed) door de cellen. Elke cel is voor-zien van een flowmeter • De "de :0rora" cel is van het hori

-zontale type. De bodem van de cel is bekleed met syeniet,

onderbroken door strippen staal (I-vormige staven ter versteviging van de bOdem) , die contact maken met de kt.'/iklaag. Deze strippen liegen iets beneden het syeniet oppervlak, zodat er nooit ij zer met de pekel Ll aanra

-I,~L, king kan komen (dus geen overmatige H

2- ontwikkeling bij

\ \'.\- \ : ~ -'j

het starten van de cel) . Het deksel van de cel is be

-,'. ... '. ~

, I

. tJ),L

kleed met syeniet of rubber. De pekel en amalgaam

stromen in dezelfde richting, de cel maakt een hoek met de horizontaal( grootte van de hoek is afhankelijk van de lengte van de cel) .

De doorstroomsnelheid is zodanig dat de concentratie van de uitstromende pekel ongeveer '270 gil is. Hoe lager deze

-concentratie hoe hog'er het E₂- en CO₂-gehal te. in het chloor.

Ook de temperatuur stijet; zij mag niet hoger dan 850C.

worden, ~an~eer rubber bekleding wórdt toegepast. Aan het einde van de cel worden pekel en amalgaam ge

-scheiden door een araalgaam slot. Het amalgaam wordt voor

-dat het naar de ontleder gaat nog gewassen hetgeen de productie van een kleine hoeveelheid minder zuiver

ver-dund loog inhoudt, dat gel)Tlükt kan worden in de zuive

-ring.

Chloor en pekel worden samen afgevoerd naar de

verzamel-tanks.

. :~ ,I j ( " '.-•

\\ ."

\.

'\,,' t

\\'-"

D. Verwel'king van chlc,or, wateTstof , en loog.

,\

Het chloor moet voordat het cecomprimeerd wordt fJtl-

?

wass.en worden, om Eleeze sleuTel Z01Ä.t te ven'Tij deren. Eet

wordt daartoe in een gepakte toren (staal bekleAd met ebo-niet) geleid in tegenstToom met water. Tegelijkert~d wordt het gas gekeeld tot 300C. Eet koelwater wOTdt gecirculeerd

door een karbate regenkoeler. Het moet continu cedeeltelijk ververst worden OEl het zoutgehalte laé3.g te houden. Eet

chloor en zouthoudende vlater 1>11 t de wast oren wordt naar de verdunde pekel-verzamel te.nks

Eepom~

Het natte chloorgas 'wordt LJU door een serie van drie dJ'.'oog

-tore:.'"Ls geleid. De torens ziji'l van staal en bekleed met zuur-vaste steen. De uitlaat concentraties van zwavelzuur van de drie torens zijn resp. 40, 75 en 95

%

.

Het chloor wordt nu, voor ~ovor het niet direct gebruikt wordt, gecomprimeerd en [econdecseerd. Hen kan kiezen tus-sen lage druk ,lage temperatlJ:uT ( 2 atm-lSoC) en hogere druk en hogere tempe~atuur( 7 atlY~-200C), verdichting of de daar tussen liggende cOElbinaties. Het gebruik van l,ekel als koelend middel t\,. _________ ,' _~ ____ ... _; .... _. is verouderd. Freon wordt algemeen . toe-gepast, (Carier koelmachi!-:e) en ( zij\ bepaalt dus de conden-satie temperatuur. De keuze wordt verder geheel bepaald door economische factoren. De condensatie mac -zover gaan,

dat het 11₂- gehalte niet hOEer dan 4% wordt (explosiegevaar).

Op dit punt moet rr~en lucht toelaten en vervolgens druk verhogen of temperatuur verlacen. Een moderne methode waar

-over nog geen gegevens beschikbaar zijn, is het chloor on-der druk in water op te lossen en bij één atmosfeer te strippen. Uiteraard kan men ook na oerste condensatie de rest van het chloor tot hypochloriet verwerken.

De waterstof bevat nog lnük. Het wordt daarom gekeeld tot 200C.

~en kan daarna verschillende wegen inslaan:

a) comprimeren, eventueel na zl1ivering, tot 200 atm. en verkopen in sàalen cylinders.

b) gebruiken voor de productie van technisch zoutzuur.

c) gebruiken als bTandstof.

d) ventileren in de atmosfeer.

t,---

Het-

loog wordt gefiltreerd on~ kvrik en grafiet deeltjes

van colloidale c:rootte uit de oDtleder te vervrij deren. Dit

~ gebeurt in een nikkel-clad tank, vlelke gevuld is met holle ;'

/)

! ..

, I

.1

.

-x

v

.

Berekening van de chloor koeltoren.

Eet chloorgas uit de cellen wordt Bekoeld, door direct

kontact met water. De koeling vindt plaats in tegenstroom

in een met Raschig ringen (2 inch) gevu6de toren.

Het gas komt verzadigd aan vvater met 70 C de toren in

e5

ver

-laat de toren, eveneens verzadi['d aan waterdamp, met 30 C.

Het koelwater moet dus voelbare en latente warmte afvoeren.

DE warmteoverdracht vindt plat:lts door convectie en diffusie

-condensatie mechanisÜle. We nemen aan dat de waterdamp eerst

afkoelt-en daarna bij de temperatuur V811 het water condenseert.

De warmteoverclT<:lcht door convectie per eenheid van doors[lede

van de toren wordt gegeven door:

d qc

=

h. ( T -t ) . ad iJ

waarbij dus een klein volume element van de toren wordt be

-schouwd.

De warlilteoverdracht door dif-fusj_e vJordt gegeven door:

d qd

=

Kx' (x -x ' ) . a dV. r of door:

₌

K

_.

( p -p , )., 1·.1.. " a u v .:]

,T ..

• r g IV waarin: ₁₂ I\·"1 w ., Tv1 w x

.

₌

---I:;:.... y _III Cl Pt-P - II Cl Pln , 2 ₂

waarin PI _n het log. gem. van de druk van het enerte gas is.

Analoge formule geldt voor x!

We kunnen dus ste~len:

12-12'

Kx (

PIn

of: _{K~r Ka •}

P- _o

De totale warmteoverdracht is:

) Pl.~ __ ..L..:-dq = G dE = G (Cg' dT +r_VJ dX)

=

Ivl w K.O' • (p-p' ) M :901 2

.

_w 0 • H"l _v~2 + c.,.,. (Tt)(Ïèc -'-' x g 1) ) d(LcT) ';;"1.c dT

X Gegevens waarvan de herkomst ;üet in dit verslat, zijn vermeld,

zijn uit Perry, Chemical En[;8neerS' Handbook, 3 .. ;H_ed• (1950) .

We voeren nu diffusie en tr8.nsfer units in:

n D

~

Kx a

i

=

f

H

~ ~

I

J

dE

~t = Kx ~

X

H-H'

Om deze te kunnen berekenen nemen ,',re steeds een kleine waarde voor K a V

L en berekenen de verandering in temperatuur van x

gas en vloeistof over elit interval uit de overgedragen warmte iE dit interval.

De hoogte Z van de toren vinde':. we dan uit: Z

=

n_{D R}.D.U.

=

nt H.T.U.

en

De hoogte van een H. T • U. bereke ne(} we uit de bekende eegevens van het systeem NE

3 - i'ratel:' m8t behulp van: 'H.T.U.

g

~

_H

.

T

.

UNH3

( SCg/ScNH3)2/3

We geven nu eerst aan hoe we enkele grootheden berekend hebben. De ~esultaten zijn verzameld in tabel VI.

Daarna geven we de berekening van w2.rmte en stof balans, de diameter van de toren, het aco::.tal diffusie units, en ten -slot te de hoogte van de toren.

Gegevens. (zie tabel) .~

a) Soortelijke warmte van het natte Gas: C [2'. u

Deze hebben we berekend uit:

c

_g = C _C1 + X C

2 . water

=

0.119 + 0.46 X b) Enthalpie van het gas.

De enthalpie H wordt borekeud op basis OoC.

" , .

Verda.mpingswarmte va:l water:

764

-

0

.

6

(273

+

t)

! .

(. /

\

,

-/-:-+r

'

L~

l.. ..

~L

; 3

j

, 1

c) Getal van Le>;is: 'f~J.dD

1) De warmte geleidingscoëff. k VéU-l het gasmengsel.

Daar er geen gegevens zijn van het mengsel, hebben we k uit de componenten bereko~d volgens

( n=mole:!Î )

k ·0 OllS x 0.004-14,

---water· · ~ (cal/cm.oC.sec)

k Cl :0.0049 x 0.00414 2

2) De dichtheid vinden we uit het gem. mol.gew.

3) De diff. coëff. D hebbe.c: '.'r8 vol[ens twee formules berekend, nl

Treyball: waarin: en: DAB r AB E A3 E/l~ =

=

=

=

0.75 T_cr

=

1.39 T_nbp 1/ r

=

0

.

835

V'3 V" VI.1 B) c.

waarin

v=

~ol. vol. bij het kpt.

Bij 3lSoK vinden we resp. 0.16 en 0.17 cm2/sec.

SJ

(cm~/sec )

d)De vi scositeit va~ het mengsel werd uit de additiviteitsregel berekend. Bij 70, 50 en 300

e

is de visc. resp.

voor water: 0.0113, 0.007, 0.0100 (c .poise)

Warmte- en stofbalans ol/er (Je ;,';e~lcle to::.'e'1

Gekoeld moet worden:

1500 x'O x: 35. 5/':)0, 5 = 36, 4 _{kC C1 2/1ün (droog)} H g b!~ 70 0 C: bij 30 78,9 /1-3 10, 351

Af te voeren warmte ~us:

dl'OOg chloor

36, LJ x 6,C:, 592 = 24')6,75 kcal/mie:

7~ L t I ' -'- G

Aoevra er noc 19 vvanneer /l [,: 1C':::; dus: 24']. 7

Af te voer§n condenswater:

x b ~j 70 C: 0.112

kc/min

b~j 36 : 0.011

36.4 x (0.112-0.011)

=

3.7 kg/min

Ir..dien we de vJaterstroom in onze ~)erel;;:ellingen konstant

hO"L:den maken \;e dus max. een fO~T:'; Vë.~. 1. 5 ~c·r

/

.L

,

\, l' [

.

.

(((\J : ~((\\.

Diameter van de toren

Clarkf geeft de max,vlst. belasting als functie van

L/G(~e/Îvl

)Y2

Onder aan de toren vinden we hiervoor:

h4 7 " 0~3/~~~ n2 4 U2

249j7/36.5 ( :J ,. ,LJ X é ' .J!_)xc~ . )

=

0.302

\ 1000 ..

Clarke zeeft nu voor 2

inc~

ringe~

: 13 gIns/min. ft2

3elasten we de toren 60;, l~~ wnr~t de belasting:

13 x 0.6 x 3.79/0.0]29 = 318 kg/min.rn2

1/2

Diameter toren dus: · (lf

4/

x 2 50/~1r-: );'

=

1 111

De gassnelheid wordt

onder in de toren: 36. 5 x 1.945 x 31~/250 = ]0

boven"" , , : 90 :x: 2.7(i5/1.1'J5

=

128 ( econon:.5sche s:.~ell;eic1 ongc:veer 120 ,:jmin )

ti

')

Gas- en vIst . stroomJer ee!:l:eid V2-.

gas: 36. 4 x 60 x j18/250 = 3542

vIst: 250 x 60 x 318/250 = 19080

toren doorsnede worden:

kr/U1Jr

_1..

0 .1 .. ~

"

\

Àante_l di -ffusio units

T:reyball Leeft voor 2:e:::oa~:te to:rer:.s:

0/1 l 0 107

j H (10 -1 ) == ( h/o

c:

)(

L' r ) '-/ ~ : 10-' ) == 0 • 1 0 ~ (Re) - .' , "

JD (10.1)=

',\!aarui t volgt

Of: hiK = 1.095 .0. (Le)2/3 Je Su Leldt: haV~ K a '1 Je L ? /-, L • o. l __ • oor('~ ;1::; \ ~e )-/J

We nemen nu steeds een beJaa~de waar1e voor K a ViL en

berekeneIl 11aV. A

:0a:] volpt IJ. = 1-'13.7 (cr -t) CD Ll J': q

Ic

.

C

- c c ,

l T ' d' n- p " " l ' l' "r1+e-,'val·. Tt

x8 .

,T

(x.-x )

\' eracl': ;...e lT'-:;UGeerCI ove1' .ie"t v ~ . ü . V _

en dus: K p V

qd= x'

L'- L (x-x:' ) r VI

'2'enslotte volgt:

We vind~n zo voortgaande steeds o~nielM weer T e~ t . De

berekeningen z'jn in tabel 'TIl sa_~ien::::evat. '1001' het aantal

diffusie lmi t 3 vi1.lde:l ue

o

.

/l.L1 •

Dus aantal trans'Oer ,mits : n~ : 19080/35~2 x 0.44 : 2.37

v

Boo:te van de Toren \ ,

Sherwood Leeft Ï'l AdsoTption ~:'"1ël l.~xtraction, 282, gTaf. 120 VOOI' ammoniak-water' onool.~':'zo ol,sta.L(U-=;12~c1e~~. {ce~x!r81joleeJ:'d

1

H.T.U. = 1 f t : 0.3 El • . _mrel:,:l1en o.i:' ons s~Tsteem b;j :>0

c:,-\laar Se._.1.. Cl

=

O. ~·O cn Se''''1 1 - ' " = 0.57, levert

\Iat..er- 2 .,_",._. -~,lC!'t..

? !:l

rI.T.U. = ( 0 • .:.10/0. ~7 )-/j. 0.3

=

0.24 nl.

De hoogte wordt dus:

-Z = 2.37 x O.:?!] Je 7 = I':" lll, 'v,a:::lÏ 1 we ee:l veilgc

-heidsfaeto:r 7 verv,rclct

-

-l· c _{u .}

O,Jmerking

?

De tore~l in de sc'~etD -iq G '11 (SC2'lil".::;,,'(tCOrC>"1) . DaL~ ;8 dllS

vo";r:el1..§. .d~ .bOl~e-,{_e-"~~ 1~

e: tc

:lOog.

jie -

t;:re '"1

1;ëe-.n;"

-ec~1er-~ö-k

_

rl07 (';e:1 was-fune tie.-) 1>1 (Et verba Jrls--eéll-viät-:Cehoee toren

--- 11li sSchÜnî :îie-·:Cë:1e"stratnens. 'cvenàieh is dé: af te voeren warmte

:.:;terk_oafhnnkel:jkv3.n de Jee ~~. va ~ "et veTzadi[;de gas. -:;;en stijging

teM". ~ 1"lc,€. M.

/)

<t,

~

Á

_(LeJ%

(~)

/~J)

X/O.OOI.{/,,/'

/'c,.

])

/°

0 O. DO

6S"

St/lr

lJ'/:'-

0

.

1

0 _o.

L/JJI

o.biJ

o.oln

..

_(J.

tir

So 0

0.0°1

by.

so

Q

·:lIJ.

O. IJ.>-

O.lts-

o.

{tt!. f). ~JO _(1'011 (J •

.3J

1.

·,HT&"'~t\\. c.,.

Le.

i/3

-t

..

V T_ t.

ctt..

o!lT

Kxo. V /L o.

'10

O.b3 I 4~OO

0.00 _ 0.0 s _{O. ":>0} 0.1,/ _{11 \. 2.}

4

_{0. 00 S~I./.S} ~.31

O.OS'_O.IO _{O. ',/0 o.bo} 101. s- _J1·&8 ,/06D.O

//6

,

0.10 _ 0.1 S- _{D. f3'{} o. s8 _{fit~ Jo.} OS'

.)0'1/'

b.l,/

a.1S" _ o.lo 0.130 o.r;~ Bo.8 i.~.Ob J'I)l B S'. 12.. t>. ~o _ o.J..~ 0.130 0.5)

t/.

h J,tso /95'03.0 1/01 o.

'.s-

_

0.30 o. I). S- 0.5'3 ₁₄₈₎

lb.

J,!) .33 ,/6.1.

/1

0.35" _ 0.'11{ SS'. /

9JS/

J.. Ol. e.~S: - e.1:ftf Je- _ x.' _Ä'J

_Cid.

_CL o./oy2. 0.0/''''1 JJ.r S~2/(J.() bJJ 1'1 S

o. oJJ~

q.s

J'lJlo;

!Jo

10·1

o. O/(l

_Jlr'

J.J.oot.1 jSO$'J..3 0.0 Ijl b~O /.>,(60.9 lyUj.6

0.0 Ic/j Nt.

Io/V'!

lIJij';

0.00<90

1

3 Iblos'y

Ijt/SI.t

t.1 }&oJ6 (!)"()5'..J At

_t

L _'IU:. J.JI _)I:by J.O'; 1j.~5" /. JI _ItJ·JV ~Jj

_1'/1

~.

66

_IbiS'

/. 01 _/S/J

O'IJ

Is.

St

I

·

hErtz 61.

by

S(.JJ

I/fI.!J

,/3.-«

Jlis

JIJ!

~}b

(,." o I

31-Verklarinp; van de sy:nbolen

overp:edra,0'e'---, ~ -'l '.1arli1te door cOllrectie kcal/l.-lur. (10ors~1ede

K x x, p, Pt ]\1 rVI G L H c,... b c Z Sc Le 1-_!:\.

"

"

"

t em9. gas

"

totale w&r1.1te ovel~dr. coei' ~.

uitw.opp. per vol. v.d. toren

totale stofoverdr. coc~~.

t

x VOclltiCl1eid, 1'es:9.

-n' par+ "1a+er-1 <:l'-11iS'0

.:.~

_ v.

\

V \_,-c.~ __ .... .-'" . ___ •

cotalo. druk

"

mol. qew.

verd~r!1p . VlaTl~te ~:12{,te~

::::as belasting

vlst. "

el1thalpie van l~~et

eoort.warmte "

ft " vlst.

hoogte va~ de toren

Getal van SC2idt

" "Le~'Jis

wa1'~Tce ::el. coeff.

Jiff. coeff.

"

[8 .. 8

"

"

-. 2,S

"

1.<:G;al;.;'uur. m~ oe 111'::: /'n--' .-- I --') , _{['; lil} / '---_{• UU} l ' ~ ~ Vl.su.opP·

"

"

1'Ce/lk~ 8 .. "'t}ll.

"

kgal/lcg \:5/uur. doorsnede

"

l'Ccal/~;:c _{droog gas o}

kcal/kc drooe gas.C.

'rcal _{' ' - ' - I -"cG} /l-~

r:J.

ca~/cm. OC. sec.

C -'-'' _~J.. /eec I:.J

I .

'TeT"vlerkt 'dordt in totaal:

1500/60 =c 40 == 1,158. 5 Cl·2er~·TaC~./ sec. strOOIT no~ic (3tr.ef~.

95%):

1500/60 Je 40

x~/5C

.

5 x 10C/]:5 :;;: J': 500 = 17

~O

.103 C/ sec. A) : 17 LlO/15

=

116 eind conce~'ltratie : 0,15 W .11.. v. lnrilcconcentratie: 1 n r ) '--:' /'0 -, r: , ... .. /";' , \...,tl ,i...) ... i: ....

0

,

517

C.2~5 1) ]Vlateria2Tbalar:'.s V?L;' clo cel C<./~"i;l)

Por cel ven'ler?;:t: 150C/l -, 6 = 12, .>~ l/.:L"J,

I. '~ -.

.

aan aan 2 .. an Uit : aan aBXl aan aa~1 150n/lJ Co == ~:C. . J.O --l

=

0, 517 kZ UaCl/lün. T.: Ij. ~-2 ~ . 1JaCl: C1 2 C1 2 =Ta H 20 naCl: -; l ~(\ ~-

.

. / " C, 002" C,203 11, 30 4, 02 ( j. ,~... _{. / -}':j 1

n

(""/i_{_ " -}" _I I ' n r""\ r :(=.= ,', -,':,) = 0,31

=

Jl, 27

=

3

,

50

L$

Dit sebaseerd Or) ee~ 7"ü'rC:J.,'·i.::, V2/' 1,13 cLoel V 231 de

totale voedi:·~c.

x~= :!). i. iJ G rlê::'==. rèo(~vee1heicl (;1') i;-; de p8l'~e1, .::::esteld op

'-O _'~G JI. [:;'/1 _• TJ-i _{l -...} J . _u \'0 _{-~ !} -:- i l ~ 'r('- Tc (~j e"1 ":\ 5 l-r.- iTaC' blO -1 700

l U -'-

'

J

-

...

-'-

-2 . ! . . / , .' \. L ~"L.... J- .. tJ

(

P

=

1,15), YJ.1.1.V. voor hot vol. v.d. pekel: 12, 85 1

e~ ,'luc:! VOO"' '''e-'- C

'-,lOO"o 1.,'; .... "n~ "1 c:; 1 r i 0- 3, __ . ... 1 '-.L... J.. 1. !.J ~ ."_ ...L J. .. ...L0_L_LJ . ../f ~-'). _ J _::'_~.

TI i de·,~a:;- :'08"eo1 'le-i " TT n eo· Cl

1) • =1;0 bij-C

70

0 ···V~L" cl~ -ll~~~012 (2ï(~

gIf)

is 2J..l "ün.

. (

\'

..

•

Be:rekenÎl'l[' o".:zettL\::::se::lthalpie vn-' de reac-cie:

sXil2_1Ga2.'1 + ".,'EGOl' 2 5° _

S<!~~

1002 + }0-rilc

o

1;:ca11 gI'!1101 = + 'J.62 101.96

=

68 .32 10.23 - ~-4. 55 kCéÜ/ gm • 26.6 cal/g = 133

=

73.G berekenen we dan 'üt 91 X 26.6 ;'O°T.' IJ =.;.~

--v ,-, _o On ~: ---->- _ l \...-'" 5 ,".~ ..J I -" . .. - 0, ... - + go C; ~:r")0 + "--= 1,)0 = ,~ lrc~l .1.... C:"'_ / /fi'-'-'Ol G ... __

Nu volGt vooI' de reactie:

f, "" - .1,0.55 lrc'-"l / ~ c ... I <-.: '.'l--"ol 1 ... _

x VolC;t uit c='~tI'apolc_ti::; V ,'1,_'- cl::: C020veJIs i~l JJandol t -JoI':1stein

De \.·i'e :--:.18 volgt:

-"

-Voor ë1.e i'82cctie: + 3.3

T

(50 ~ew.%=31. 2

mDl%

)

~ 6.86 -7.50-3.3 x 18)45

O.OI!5 lec eJ./ ,:r:101. E~n0= _{( \...,1} - 1!0.55 - O.0/!5 = - ~0.6 kcal/gIDol.

-3 ) T.1ateriaal balans van de O!ltJ.orler.

I '-_,,. ' 135":\ • - 10" --G~_r'~· I /11,i "L .. ~--- , r(,oOc

0.235 ltC ~"C/.L.i.j.y~ = 0.01 Jc"ol/ein, 700

c.

":\3 y () Ol v 1 r} - SC:!, lT, TT

n

I. 'Jo'1 ') r:;0 C

.../ .-1..'-

v

.

-

..J.~._ --L \.) - . , . . ___ ""-2"0 / ... _ _, L_ . / •

Uit: 1 _{- _}":l _{) j} re:: _• 3 _-)..[...., k n ' _...!... "]:.T,-,/_{.. G} I1"J_{.. '-.':'1. __} o "1

.1_

,

-:-0 _u C.

0.235 + () • OJ. - ~:. 0.82

4) Wc,rntebala~~~~E', V 8.'1 de ont18cler (c:tö.iéLbc.tisch) .

Vle -"::.emet":, ai)!} dat het nit i~tloOl:1e'~cl.e 100r en kl'.TjJ;: ele ~81fà e

,Lern-n U ... lJ. 'J__ 1eb'oen . • 1~'e'7i \ j LJ_u n·-, __ "-'-r1e G-.L o~note ''''',",''<lr,J-~r'oo'rn _.l.:..,.i:)~':;'c.~ ... ol.t .11. V~O ... "l J '.1._ 1et ln'Tll. ... o,,-_f.~ t • • •

°

v

die van het looe, :'.can een vi.iri s.tie i Y[ de ten]!. van het

loog geel1

oc'yote invloed 0I) d.e te.

':1

.

VS.' __ 1"8':; l;:1Nik "hebbe:c.

Basis: 25 C.

In : amaleaam.: _~~ _ T ('7r, 'ie:;) T T (1 n3"::> .= 'iO' ., 3' 1- ~'11 ° .. '

I '.,- C_· -'-~'. j = ç ~, I':~C~ l11l~lJ.. I

1, ,'at er .1..'.ul

Uit: kVii ll: 135.3 (t-25) - - _{0.O3~' = (1-25) I!}

_.

₄₇

_''''C

'è l /r"i" .L),. c... ',_ _~ _ L • 100e C.82 I. (,:L J - , - - ___ , ') r:: ' ) X

0

.78

=

(t-25) o.Gt. waterstof: vcrw~~r1oosA • . /'(1 or ""C''1J/ 1 '-''''''ol X 1(\ ("Y~lOJ/""'lo'l

~,' ' . J • .t.·~ L ... _ L;":'l.i.. - . _~_ '-' G.!-:' _ _ .la 1

=

L1·06 l'::cel/min.

Balans: 406 + 201.3 = (+-2r::'\ v ./)~ r::; .• I I __ -'.

\ . ~

..

I

I

I

I

·1

• t

Stel dat t.C.v. v.'é\l'mtevoJ:'licz8l1../ '~o G.8 te"T. \ilO:rrlt

144 - t _o

=

t ₀ '.' • u. v . " Q =: S .11 Á t . J .. : ~o ./ 4,j 0

111 _-'. d'" _.V hr.-"81I.) ... ....L.. 'rtCl\. ... _l1l_ _· '1~ J.é...; _{'" l' ,},_ _', c"le _0"''7:8++_ .'...J V V-J... i _'1 . . ~"- .... • ,,'p,p'n+h _LJ · · .... _'1·--₁ 1'~) l' v C\ hi l ,J_t,..o 700

c

eebrlJikt.

Gezien. de ceringe ['..fhc:cl.kclij':l'"'.oid V ['.:' de t erJpGl.'z::çhn'T, wordt

bierdoor i n de berekeni n.'... ~;lcc':.ts ee,'" lcleL1c :fout c;eraaakt.

5) Vlecrmteoalans ve,rl de elect:,col;,rce cel.

Op:::;e''lomen Vlél.rn,te dOCl' :ge~:c;l: 12.9 x 1.166 x O. ~2 ~ 15

door el8 ml~ce'Ti~~': L'. ~ .

c ëtoor chloor: VeY\'12.2,rJoc SJl •

Ont\'li~[kelc1 e vrar: '.t c: eloor de stroo!::: Eolectroliet X i

=

3.9~ door koelinG 135.3 Balans: ~/IOO ~ 15.000.60.V~ .2

=

50.7 Jccal/min. + ~:2c

=

1'..1:7 ( (:1-« - ~·O) - 70) -I- 50.7

=

331.5 - t . :7" LQ~/5.11 + 50.7 271.1

V orwaErlo Z8Yl Vle eel'~?t !\:'J

'C i s on L:t o

=

271.1/LLf1·7

=

62.°c. r, l ] ./ • - . 271 1 = /! 4'7· --, •• J 310kcal/m

a) de flirLlce \'Ter, Ite ii:olatie YC'.:l éte cel (S;;,-e::iet DokledinE! ) en t.et lage t emil. VG:r:'G,;J~"il ~"18t o.G omzovirc.

IJ) do ontvrikkslc1e vT.?l'r,tG i 1

reke",lin[ 'uee is [0>.0t.:u1e.::

~'.;'odo

. rl

l n üO

en ~::athoc1e , ·VlTae.? -=:oen

(1 c , -• I •

•

~, -î ' ,

.

" _\ "' _\ ,

a

Hoofdstuk L.

1. T.P. Hou, IvIanufacture of soda, 2e ed. New York 1942; 285 I.j·'

2. 3. 4. 6. 5. 7. 8. 9. 14. 10. 11. 12. ') t 13. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

R.N. Shreve, Selected procoss i ndustries, è.

T

,.., TT"ll \ / .

lVlC uraW-El \.

1950, 281 . _I

ibid ,245

Q. L. MantelI , Industrial Electrochemif·,try 1950, 383 eV .~/

W.H. Shearon, Ind. Ene. Ch s . 40 , (1948) , 2002.

M.E. C1ark S.C.F. Ger1ach, Chem. Eng.:Frogr. 53 (1957),537.

W.C. Gardiner, J. E1ec ~rochem. Soc. 101, (1954), 195C.

A. Iv'letzner, Die CheIüsche Industrie der Welt 1955, I 450.

V

H.G. Franks, Hol1aEc1 as :::~n Industria1 COlmtry. 1957.

K. Hass, Che.9ie Ing. TecY<c21. 27 (1955) , 234.

ibid , 24;5.

ibid , 2'47

W. Heyder, W.Sringemann, Chem.Techn. 8 (1956) , 703.

W.L. Hardy, F.D. Snell, Ind.En[.Chem. 49 (1957) , 55A.

W.H. Shearon et al, Ind .Eng. Crwm. 40 (1948), 2002.

K.Hass

,V

246.

-R •. 8. :Mac Mu11i.n, Chem .• Eng. Procr. 46, (1950), 440.

Fiat Fina1 Report , 816, 64.

Chem.Eng.Pro['r .

51:

(1957) , };o 7, 52

N. :F1atzner, Chen.El1B.Pr00:;'~., 51, (1955) 305. L. Barr, J .E1ectrochem. Soc. 101 (l9 54) , 497.

M.S.Kircher, J.Electrochem. Soc. 102 (1955), 358.

.

,

•

\

-

~ ) )

·

, , ) ) ) , ) ) , ) ) > > ) , ~ > , ) ) ) •

..

) ) • ~

..

> ) '> > )

·

·

·

, •

..

•

·

..

)

..

·

..

_, ) ) ) >

..

'J ) ) , , ) '. >

..

) ~

·

)

·

\' , ) .> ) I , )

·

, )

·

)

·

·

) ) ~ )

·

) ) , ) )

·

~ ) , , w ',1 . ' , '" \ -4.... . . . \ " ,

\

i' I !